在整個(gè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈條中，動(dòng)力鋰電池已經(jīng)成為電動(dòng)汽車發(fā)展的核心，它也成為了電池行業(yè)與汽車行業(yè)的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)，例如鋰電池與梯次成組技術(shù)的應(yīng)用就成為了新能源汽車發(fā)展規(guī)劃的關(guān)鍵。就目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰電池已經(jīng)成為電動(dòng)汽車所采用的首選動(dòng)力電池。這種電池相比于傳統(tǒng)鉛酸電池以及鎳氫電池在儲(chǔ)能效果上表現(xiàn)更好，電池能量密度更大，循環(huán)壽命更長(zhǎng)且充電無(wú)記憶效應(yīng)表現(xiàn)更佳。如果就電池單體看，它基本能夠滿足對(duì)電池體積、功率與壽命等等方面的高要求，能夠有效滿足當(dāng)前的電動(dòng)汽車發(fā)展應(yīng)用需求。
  就傳統(tǒng)車用電池組而言，其滿充容量如果達(dá)到不到額定容量的80%就要被淘汰，整體壽命大約為3～5年。磷酸鐵鋰電池組則不然，它的整體使用壽命大約在8～10年左右，不過它的整體生產(chǎn)制造成本、運(yùn)維成本都相對(duì)較高，這在一定程度上嚴(yán)重阻礙了當(dāng)前電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而且伴隨著當(dāng)前我國(guó)大量電動(dòng)汽車的生產(chǎn)與普及，鋰離子電池淘汰后所造成的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染都為城市生態(tài)化發(fā)展帶來(lái)巨大壓力[1]。
  為了解決這一問題，磷酸鐵鋰電池梯次利用發(fā)展技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它所規(guī)劃的發(fā)展路線明確、產(chǎn)業(yè)鏈條建設(shè)布局清晰，但它也存在一定的技術(shù)難點(diǎn)，可以說(shuō)是優(yōu)劣勢(shì)并存。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池梯次利用技術(shù)的核心本質(zhì)就是對(duì)電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池?zé)o法滿足功率與能量需求的電池進(jìn)行更換，并將這些淘汰電池再利用到其它領(lǐng)域中，例如儲(chǔ)能領(lǐng)域，如此可充分發(fā)揮鋰離子電池中剩余80%的電能容量，不至于造成電池資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)它也在一定程度上降低了傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用維護(hù)成本。
  2  研究目的
  了解現(xiàn)在新能源汽車中磷酸鐵鋰電池的回收與利用情況，調(diào)查磷酸鐵鋰電池梯次利用的現(xiàn)狀，在現(xiàn)行磷酸鐵鋰動(dòng)力電池梯次利用的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)并提出建議，主要從電池退役后的收集、篩選、分類、管理等幾方面進(jìn)行梳理改進(jìn)，從而提動(dòng)力電池的梯次利用效率，不僅可以降低電池的維護(hù)成本，也可以促進(jìn)我國(guó)進(jìn)一步加強(qiáng)推進(jìn)磷酸鐵鋰電池梯次利用的腳步，為我國(guó)鋰動(dòng)力電池的重復(fù)利用貢獻(xiàn)一份力量，減少資源的浪費(fèi)。
 3  研究方法
  本研究主要采用了文獻(xiàn)研究法、實(shí)地調(diào)查法和訪談法。文獻(xiàn)研究法主要是查閱現(xiàn)在我國(guó)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的使用情況，以及我國(guó)在新能源汽車退役磷酸鐵鋰鐵的回收與利用情況，并針對(duì)現(xiàn)行的回收與梯次利用技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)研究和改進(jìn)做鋪墊。實(shí)地調(diào)查法主要去阜陽(yáng)當(dāng)?shù)氐?S汽車店，對(duì)當(dāng)?shù)仄嚻髽I(yè)進(jìn)行調(diào)查訪問，咨詢當(dāng)?shù)仄髽I(yè)對(duì)待磷酸鐵鋰電池的回收與利用態(tài)度以及現(xiàn)在電池梯次利用的情況。在提出改進(jìn)方案之后也會(huì)去企業(yè)找相關(guān)技術(shù)人員再進(jìn)行一次探討，最大限度保證電池回收的可實(shí)施性。訪談法主要是和化學(xué)領(lǐng)域的老師專家進(jìn)行訪談，詢問他們對(duì)于電池回收利用的看法，以及向他們求證梯次利用改進(jìn)的方式是否合理，為下一步實(shí)驗(yàn)和推廣做好充足準(zhǔn)備。
  4  研究結(jié)果
  4.1 全生命周期優(yōu)化管理磷酸鐵鋰電池梯次利用所面向的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)問題
  在新能源汽車發(fā)展大行其道的當(dāng)今社會(huì)，汽車動(dòng)力電池保有量已經(jīng)呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢(shì)，它的銷量突飛猛進(jìn)，但相應(yīng)問題也日益凸顯。究其根本，需要分析動(dòng)力磷酸鐵鋰電池的基本材質(zhì)內(nèi)容，它其中就包含了鎳、鈷以及稀土等等，這些材料的成本非常之高，且在電池報(bào)廢后造成了大量的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染，這是當(dāng)前全球各國(guó)都亟待解決的問題。而針對(duì)動(dòng)力磷酸鐵鋰電池的梯次利用技術(shù)則面向全球各個(gè)國(guó)家提出，它更面向國(guó)家社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)等相關(guān)問題。
  4.1.1 面向社會(huì)的問題分析
  根據(jù)我國(guó)在新能源汽車發(fā)展相關(guān)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年純電動(dòng)汽車與插電式混合動(dòng)力汽車的累計(jì)產(chǎn)銷量將超過500萬(wàn)輛，這意味著屆時(shí)將產(chǎn)生大量的廢棄磷酸鐵鋰電池。這些電池如果不加以合理處理將會(huì)為自然生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)一系列壓力問題，例如占用大量的存儲(chǔ)對(duì)方空間，電池中重金屬化學(xué)物流出對(duì)于土壤、水文的污染影響等等，特別是電解液泄露直接威脅人類健康安全。為了解決這一問題，我國(guó)就已經(jīng)開始推廣使用磷酸鐵鋰電池梯次利用技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵不但局限于對(duì)環(huán)境污染問題的解決，它還希望形成良好的循環(huán)利用模式。比如說(shuō)將報(bào)廢處理的電池應(yīng)用于建筑的太陽(yáng)能光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中，它專門應(yīng)用于對(duì)可再生能源穩(wěn)定輸出的輔助方面，同時(shí)也能緩解廢舊電池隨意被丟棄所帶來(lái)的重金屬污染問題。可以說(shuō)，該技術(shù)在面向社會(huì)問題解決方面起到了極大實(shí)踐應(yīng)用作用價(jià)值。
  4.1.2 面向經(jīng)濟(jì)的問題分析
  在面向經(jīng)濟(jì)問題方面，國(guó)內(nèi)希望利用磷酸鐵鋰電池梯次利用技術(shù)體系深度開發(fā)、拓展動(dòng)力電池市場(chǎng)，結(jié)合科學(xué)論證與磷酸鐵鋰電池評(píng)估發(fā)覺它的二次利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池的再利用優(yōu)化過程。一般來(lái)說(shuō)，廢棄的動(dòng)力電池在經(jīng)過汽車生產(chǎn)商回收后可采用梯次利用技術(shù)進(jìn)行二次改造，為其他電動(dòng)汽車需求者所再次利用。換言之，汽車生產(chǎn)商希望建立一套健全的回收體系，深度提取廢棄電池中的稀有金屬等等原材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充分循環(huán)利用，最大限度降低電池生產(chǎn)應(yīng)用成本。目前的電動(dòng)汽車非常依賴于磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，其電池成本就占到整車成本30%以上，為了解決電池容量低于80%便無(wú)法再應(yīng)用于電動(dòng)汽車中這一問題，采用梯次利用技術(shù)方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)大量廢舊動(dòng)力電池的資源回收利用最大化，構(gòu)建新能源汽車動(dòng)力電池梯次利用的系統(tǒng)化與規(guī)模化技術(shù)體系，將電池生產(chǎn)與應(yīng)用利潤(rùn)提升到較高水平。
  4.1.3 面向產(chǎn)業(yè)的問題分析
  要推動(dòng)動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)的發(fā)展還必須建設(shè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈，保證產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貫通性。考慮到我國(guó)不同汽車企業(yè)中電池發(fā)展路線也各不相同，所以針對(duì)不同企業(yè)不同電動(dòng)汽車的規(guī)格、評(píng)測(cè)結(jié)果、技術(shù)要求等等展開綜合分析，明確梯次利用技術(shù)應(yīng)用的有效性。目前像國(guó)家電網(wǎng)下屬的北京公司、上海公司、浙江公司等等都紛紛展開了針對(duì)動(dòng)力電池的“余能”研究，希望基于傳統(tǒng)動(dòng)力電池容量技術(shù)內(nèi)容進(jìn)一步研究其電池參與容量可用價(jià)值，并配合動(dòng)力電池回收梯次構(gòu)建科技化產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，面向產(chǎn)業(yè)解決動(dòng)力電池余能利用問題。
  4.2 全生命周期優(yōu)化管理磷酸鐵鋰電池的梯次利用技術(shù)路徑
  就磷酸鐵鋰電池而言，還要繼續(xù)構(gòu)建全生命周期優(yōu)化管理體系，進(jìn)一步提升其梯次利用技術(shù)發(fā)展路徑。
  4.2.1 梯次利用電池收集數(shù)據(jù)庫(kù)
  為了更方便更快捷地獲取磷酸鐵鋰電池的相關(guān)個(gè)體信息，應(yīng)該盡快建立全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的磷酸鐵鋰電池?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。由于每個(gè)電池都具有獨(dú)特性，建議將電池身份具體化，為每個(gè)電池組、電池進(jìn)行編號(hào)處理，建立行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以二維碼或者條形碼的形式統(tǒng)一錄入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，形成全國(guó)磷酸鐵鋰電池身份系統(tǒng)。
  在建立磷酸鐵鋰電池身份系統(tǒng)之后，需要及時(shí)出臺(tái)相關(guān)國(guó)家政策。其一，為了保障磷酸鐵鋰數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性，保證電池?cái)?shù)據(jù)不會(huì)被用于其他不合法用途;其二，國(guó)家政策需大力支持和推廣磷酸鐵鋰電池梯次利用，條件允許時(shí)可以適當(dāng)再提供部分補(bǔ)助;其三，可以適當(dāng)強(qiáng)制企業(yè)層面進(jìn)行梯次利用數(shù)據(jù)錄入，為后續(xù)梯次利用工作做準(zhǔn)備，保障磷酸鐵鋰電池?cái)?shù)據(jù)的時(shí)效性。
  4.2.2 梯次接口、臨界點(diǎn)與管理系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用
  要構(gòu)建合理有效的磷酸鐵鋰電池梯次利用技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)針對(duì)電池的全生命周期優(yōu)化管理，就必須最大限度降低電池使用成本，提升其使用價(jià)值。例如在梯次利用領(lǐng)域建立接口，解決磷酸鐵鋰電池利用的不兼容問題。具體來(lái)講，要首先明確梯次接口、臨界點(diǎn)與管理系統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容的通信標(biāo)準(zhǔn)與接口差異，可分析動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部的電路接口與接口協(xié)議內(nèi)容，爭(zhēng)取為第一生命周期結(jié)束的電動(dòng)汽車采用磷酸鐵鋰電池梯次利用技術(shù)，最大限度降低梯次利用再制造與加工成本。要全局把控梯次利用臨界點(diǎn)，發(fā)揮梯次利用電池本身所固有的最大效用。這里所談到的梯次利用電池臨界點(diǎn)就包含了電動(dòng)汽車用磷酸鐵鋰電池的性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，要結(jié)合這一性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)來(lái)明確電池的第一生命期長(zhǎng)度，再配合梯次利用更換技術(shù)對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分析，避免電池動(dòng)力性能的無(wú)端浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)。必要時(shí)應(yīng)該建立電池壽命預(yù)測(cè)模型，對(duì)電池特性進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，最后提出更高的全生命周期優(yōu)化管理要求，科學(xué)延長(zhǎng)磷酸鐵鋰電池的使用壽命周期。
再者，梯次利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用也很必要，它也圍繞梯次利用基本原理創(chuàng)建了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為100kW·h的電源電能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它采用到了3級(jí)管理架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于SBMS、MBMS、BMU組合形成系統(tǒng)支持體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的精細(xì)化管理進(jìn)程，可對(duì)每一塊電池模組進(jìn)行電壓與溫度采樣分析，以此數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池系統(tǒng)的管理優(yōu)化。
  4.2.3 自適應(yīng)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池系統(tǒng)與SOC估計(jì)預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用
  若要實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸鐵鋰電池的全生命周期優(yōu)化管理，還要實(shí)現(xiàn)電池周期價(jià)值的最大化，目前可采用電池組荷點(diǎn)狀態(tài)SOC技術(shù)，利用這一技術(shù)對(duì)電池的健康狀態(tài)進(jìn)行精確檢查預(yù)測(cè)。作為一種智能化電池管理技術(shù)，它能夠適用于不同技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，同時(shí)兼容多種通信協(xié)議內(nèi)容。
  比如說(shuō)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池系統(tǒng)建模技術(shù)，它可配合SOC估計(jì)預(yù)測(cè)技術(shù)方法對(duì)磷酸鐵鋰電池的充放電性能、容量衰減性能、溫度特性等等進(jìn)行分析，提出基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)的電池系統(tǒng)重構(gòu)架構(gòu)，解決單體電池中的動(dòng)態(tài)可變拓?fù)溥B接方式，形成具有針對(duì)性的電池自適應(yīng)狀態(tài)分析技術(shù)體系，重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)。
  4.2.4 磷酸鐵鋰電池的退役梯次回收技術(shù)應(yīng)用
  最后要針對(duì)退役的磷酸鐵鋰電池建立梯次回收體系，其體系核心技術(shù)內(nèi)容就包括了針對(duì)電池的分選評(píng)估技術(shù)體系、成組均衡分析技術(shù)體系、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)體系、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估技術(shù)體系等等。要圍繞當(dāng)前電動(dòng)汽車的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域分析上述技術(shù)內(nèi)容，合理規(guī)劃磷酸鐵鋰電池的退役梯次回收時(shí)間點(diǎn)，并對(duì)電池容量進(jìn)行客觀分析評(píng)估。在磷酸鐵鋰電池梯次利用領(lǐng)域比較艱難的部分是標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一問題，在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一上，建議行業(yè)眾多企業(yè)成立梯次利用項(xiàng)目合作委員會(huì)，合作研究制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，這一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員的建議需要得到國(guó)際政策支持與鼓勵(lì)，如此才能保證行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的盡快制定與統(tǒng)一。
  5  下一步研究計(jì)劃
  第一，下一步研究將進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)研究，將把磷酸鐵鋰電池梯次利用向企業(yè)推薦梯次利用，來(lái)驗(yàn)證梯次利的方法是不是具有實(shí)用性。第二，針對(duì)磷酸鐵鋰電池一致性問題進(jìn)行研究，因?yàn)殡姵匾恢滦缘膯栴}一直以來(lái)事困擾研究者的重大問題，很多學(xué)者和專家在這個(gè)層面持有不同意見，且未找到一個(gè)十分高效的解決方式。下一步將進(jìn)一步了解相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展，思考梯次利用中電池一致性的問題。